kwasy

kwasy to w węższym znaczeniu wszystkie związki, które są w stanie przenosić protony (H) na partnera reakcji - mogą pełnić rolę donoru protonów. W roztworze wodnym reagentem jest zasadniczo woda. Jony oksoniowe (H₃ O), pH roztworu jest w ten sposób obniżone. Kwasy reagują z tzw. zasadami tworząc wodę i sole. Zasada jest zatem przeciwieństwem kwasu i jest w stanie go zneutralizować.

W szerszym sensie, różne koncepcje kwasowo-zasadowe opisują znacznie szersze zestawy reakcji chemicznych, które mogą wykraczać daleko poza reakcje wymienione powyżej.

Historyczny rozwój kwasów

Prawdopodobnie najstarszy znany kwas (łac. acidum ) to ocet (łac. acetum ), około 5% wodny roztwór związku kwasu octowego. Kwasy były czymś podobnym do octu (oksy lub kwas ). W alchemii kwas był uważany za pierwotną substancję . Właściwości kwasowe oparto na pojedynczym kwasie moczowym , które weszły w życie w różnych substancjach. Kwasy powodują pienienie się wapna lub węglanów, działają żrąco i palą. Poza octem i innymi sokami roślinnymi do końca XIII wieku nie były znane żadne kwasy. Rozszerzoną wiedzę o kwasach przypisywano Geberowi żyjącemu w VIII wieku, ale opiera się ona na pismach znacznie młodszego, tak zwanego pseudo-Gebera. [1]. Rozwinęła się wiedza na temat różnych kwasów nieorganicznych, z których wszystkie są odmianami pierwiastka woda zostały przypisane. Od XVIII wieku nazywano je kwasami mineralnymi.

• Produkcja kwasu azotowego (HNO₃ ) był prawdopodobnie używany przez pseudoofiarodawców po XIII wieku do rozpuszczania wody (aqua dissolutiva ) lub silna woda (aqua fortis ) opisane. Witriol miedziany został podgrzany do czerwoności za pomocą saletry i ałunu. Ulatniają się gazy azotowe, które z wodą tworzą kwas azotowy. Ten kwas był również nazywany oddzielaniem wody , ponieważ rozpuszcza srebro w reakcji chemicznej, ale nie złoto. W 1648 J. R. Glauber opisał produkcję stężonego (dymiącego) kwasu azotowego (spiritus acidus nitri). ) w reakcji z kwasem siarkowym.

• Aqua regia, z dzisiejszego punktu widzenia mieszanina kwasu azotowego i chlorowodorowego, była prawdopodobnie znana od dawna, ponieważ można ją stosunkowo łatwo otrzymać w reakcji kwasu azotowego z dobrze znanym amoniakiem sali. Aqua regia była królową wszystkich kwasów , nawet złota, król metali , mógł się oprzeć.

• Kwas siarkawy (H₂ SO₃ ) jest z pewnością znana od dawna, ponieważ można ją uzyskać poprzez spalanie siarki elementarnej. Kwas siarkowy z pewnością był również obecny w wielu procesach. Bardziej szczegółowe procesy przygotowania kwasu siarkowego (H₂ SO₄ ) po raz pierwszy bardziej szczegółowo opisał A. Libavius ​​w 1597 r.:a) wyżarzanie siarczanu żelaza lub miedzi z witriolami (Oleum vitrioli , dymiący kwas siarkowy) i b) spalanie siarki, a następnie utlenianie, w wyniku którego powstają rozcieńczone roztwory (Oleum sulphuris ) doprowadziło. W XIX wieku udało się zrealizować techniczne wdrożenie w procesie komory ołowianej.

• Kwas solny (HCl) jako niezależny związek stał się znany dopiero pod koniec XVI wieku. A. Libavius ​​opisał syntezę poprzez zapalenie mieszaniny soli kuchennej i gliny. B. Valentinus opisał przemianę witriolu i soli kuchennej w aqua caustica , żrąca woda. Intensywne badania J. R. Glaubera w XVII wieku doprowadziły do ​​\u200b\u200bsolnego ducha Glaubera (Spiritus salis Faithrianus ) bardzo skoncentrowanego, tzw. palenia kwas solny lub gazowy chlorowodór.

Ważny termin baza jako fenomenologiczny odpowiednik kwasów był używany w XVII wieku przez alchemików, takich jak G.E. Stahl, R. Boyle i GF Rouelle, ponieważ „podstawowe” substancje mają nielotność. Podstawa wiązania lotnych kwasów tworzą się i mogą neutralizować (korozyjne) działanie kwasów. A. L. Lavoisier, który przypisał pewne właściwości pewnym związkom chemicznym, dokonał w XVIII wieku fundamentalnych kroków w chemii. Uważał, że kwasy zawsze powstają z tlenków niemetali i wody, a zasady z tlenków metali i wody. Z drugiej strony J. von Liebig widział kwasy jako związki wodorowe, które metale mogą przekształcić w sole.

W 1887 r. S. Arrhenius zdefiniował kwasy jako substancje, które po rozpuszczeniu w wodzie uwalniają protony (H), a zasady jako substancje, które po rozpuszczeniu w wodzie uwalniają jony wodorotlenkowe (OH). Kiedy kwasy i zasady są połączone, neutralizują się, tworząc wodę. Jednak teoria była wciąż niewystarczająca, ponieważ nie uwzględniono związków bez tlenu:amoniak neutralizuje również kwas. W 1923 r. J. N. Brønsted i T. Lowry niezależnie opisali to, co do dziś jest najważniejszą definicją kwasów i zasad. Stanowią one podstawę poniższych wyjaśnień dotyczących kwasów.

Właściwości kwasów

• Kwasy szczególnie atakują metale nieszlachetne i wapno. Ale odzież, skóra i oczy (ogólnie wszystkie materiały organiczne) są również zagrożone w przypadku kontaktu. Ostrożność! Oparzenia chemiczne zawsze mogą się zdarzyć. Nosić okulary ochronne!

• Istnieją mocne i słabe kwasy. Kwas solny jest mocnym kwasem. Kwas octowy jest kwasem słabszym, a kwas węglowy jest kwasem słabym.

• Kwasy można rozcieńczyć wodą, ale ich działanie jest znacznie słabsze w zależności od rozcieńczenia. Rozcieńczanie stężonych kwasów jest reakcją egzotermiczną. Wytwarzane jest dużo ciepła i roztwór kwasu może wytrysnąć w niekontrolowany sposób. Dlatego przy rozcieńczaniu obowiązuje zasada dodawania kwasu do wody, a nie na odwrót:„Najpierw woda, potem kwas, w przeciwnym razie stanie się coś potwornego. „

• To powszechna nieprawda, że ​​kwasy są zawsze płynami. Dobrze znanymi przedstawicielami kwasów występujących wyłącznie w postaci stałej są witamina C i kwas cytrynowy.

• Kwasy zmieniają kolor niebieski papierek lakmusowy na czerwony.

• „Przeciwnikami kwasów” są zasady (roztwór zasad =ług). Mogą neutralizować kwasy. Zasady są również żrące i atakują wiele innych substancji, które niekoniecznie reagują z kwasami.

• Kwasy rozpuszczone w wodzie przewodzą prąd. Tutaj zachodzi elektroliza, w której na katodzie (biegunie -) powstaje wodór, a na anodzie (biegun +) zobojętniona substancja jonu reszty kwasowej (anion kwasowy), np. chlor w przypadku kwas chlorowodorowy. Redukcja (akceptacja elektronów) zachodzi na katodzie, a utlenianie (utrata elektronów) następuje na anodzie.

Co to są kwasy?

Bez zagłębiania się w różne koncepcje kwasowo-zasadowe na wstępie należy opisać możliwy i powszechny sposób patrzenia na rzeczy. zazwyczaj jest blisko spokrewniony z kwasami i często bez wyraźnej wzmianki obecność i pewne właściwości wody. Czysta woda podlega tzw. autoprotolizie. Jony oksoniowe (H₃) powstają z wody w bardzo małych i równych ilościach O) i jony wodorotlenowe (OH):

To równanie reakcji wody pokazuje właściwość kwasu, a mianowicie zdolność do tworzenia H₃ Jony O w wodzie. Jednocześnie w wodzie powstają jony OH. Jedna z cech, jakie może mieć baza. Jednak woda nie jest ani zasadą, ani kwasem, a ich zachowanie jest określane jako neutralne . Odnosi się to do pH, czyli stężenia H₃ oznacza jony O w wodzie. Czysta woda ma pH 7, bardzo małe stężenie. Podobnie jak wszystkie reakcje opisane w tej sekcji, ta reakcja jest reakcją równowagi:tworzenie się jonów i ich łączenie w wodę odbywa się w sposób ciągły iz tą samą częstotliwością. Neutralny nie oznacza, że ​​nic się nie dzieje.

Kwasy to związki chemiczne, które mogą w określony sposób oddziaływać z wodą. Posiadają atomy wodoru połączone jak jony (jonogenne). W ten sposób czysty kwas octowy (H₃ C-COOH) z wodą i tworzy więcej H₃ Jony O. Gdy zachodzi taka reakcja, związek można nazwać kwasem. Oprócz jonu oksoniowego powstaje również anion octanowy H₃ K-COO:

Kwas octowy jest kwasem karboksylowym i dość słabym kwasem w porównaniu z kwasami nieorganicznymi, takimi jak kwas solny. W roztworze wodnym duża część cząsteczek jest niezdysocjowana jako H₃ C-COOH wcześniej. Tutaj również szybko ustala się równowaga. Z tego powodu powyższe równanie reakcji (2) można czytać od prawej do lewej z równym uzasadnieniem. Anion octanowy reaguje z jonem oksoniowym, tworząc wodę i kwas octowy. W tym kierunku czytania zachodzi podstawowa reakcja zamiast tego:Konwersja jonów hydroksoniowych w cząsteczki wody. Jeżeli do roztworu kwasu octowego dodaje się odpowiednią ilość anionów octanowych, na przykład w postaci łatwo rozpuszczalnego octanu sodu, to właściwość kwasową kwasu octowego można całkowicie skompensować właściwością zasadową jonu octanowego. Wodny roztwór jest neutralizowany. Neutralny nie oznacza, że ​​w rozwiązaniu nic się nie dzieje. Tylko stężenie H₃ Jony O są tak niskie, jak w czystej wodzie.

Ponadto reakcja podstawowa należy wziąć pod uwagę, co ma miejsce, gdy octan sodu jest czysty woda jest rozpuszczona:

Tworzą się tutaj jony wodorotlenkowe (OH). Dodanie odpowiedniej ilości wodnego roztworu kwasu octowego do tego roztworu octanowego powoduje, że roztwór jest neutralny . Stoi między H₃ O i OH wchodzą w stan równowagi (1) początkowo przedstawiony jako fundamentalna właściwość wody i reprezentowany jako odwrócone równanie (1a).

Wiele substancji określanych jako kwasy to roztwory wodne od samego początku i nie można ich łatwo zrozumieć jako związki chemiczne, które mają jonowo związane atomy wodoru. Kwas solny to roztwór wodny chlorowodoru gazu (HCl) i jest uważany za mocny kwas. W tym rozwiązaniu - przed jakimkolwiek praktycznym użyciem kwasu - istnieje już równowaga (4), w której równowaga jest prawie całkowicie po prawej stronie.

Chlorowodór już dawno wyczerpał swój potencjał bycia kwasem i H₃ Powstały jony O. Efekty chemiczne wynikające z praktycznego stosowania kwasu solnego są spowodowane reakcjami H₃ przypisane jonom O. Kwasem jest H₃ Jon O. Miarą kwasowości (stężenia) jest tutaj wartość pH, natomiast w przypadku słabszych kwasów, takich jak kwas octowy, na pierwszym planie jest miara siły kwasu, czyli wartość pKa. Silne i słabe kwasy różnią się tendencją „lubię” lub „mniej lubię” H₃ do tworzenia jonów O w wodzie. Rozdział Bilans kwasowo-zasadowy opisuje te tendencje bardziej szczegółowo.

Równowaga kwasowo-zasadowa

Podczas protolizy reagent (zwykle woda) pochłania proton wydzielany przez kwas. Należy to odróżnić od reakcji redoks, w których zachodzą transfery elektronów.

Ogólna równowaga reakcji kwasu HA w roztworze wodnym jest:

Kwasy różnią się tendencją do przenoszenia jonów H do wody. Nazywa się to Siła kwasu K _s oznacza i wskazuje stałą równowagi (stałą kwasową) reakcji kwasowej. Stała kwasowości jest często podawana w postaci pK _s -wartość, która jest zdefiniowana jako ujemny logarytm stałej kwasowości.

Kwasy przez duże K _s -wartość (małe pK _s -wartość) to mocne kwasy. Jeśli pH roztworu zawierającego kwas jest o dwie jednostki poniżej pK _s wartość, tylko jedna setna H₃ Powstały jony O.

Kwasy wielozasadowe

Kwasy, które mogą oddzielić kilka protonów, nazywane są kwasami poliprotonowymi . Kwas siarkowy (H₂ SO₄ ) jest diprotycznym (również diprotycznym) kwasem fosforowym (H₃ PO₄ ) kwas trójprotonowy (również trójprotonowy). Próba uwolnienia poszczególnych protonów (protoliza) ma różną wielkość i można ją obliczyć za pomocą stałej kwasowej (K_s ) opisać. Ogólnie rzecz biorąc, dla poszczególnych etapów protolizy obowiązuje:K_s (I)> K_s (II)> K_s (III) (lub pK_s (I) s (II) s (III)).

Dla kwasu fosforowego:

pK_S -Wartości ważnych kwasów

Reakcje kwasowo-zasadowe bez wody

Analogicznie do reakcji kwasowo-zasadowych zachodzących w roztworach wodnych iz udziałem wody, zachodzą reakcje w innych ośrodkach. W bezwodnym etanolu zachodzi reakcja z chlorowodorem, w którym etanol pełni rolę zasady:

W fazie gazowej gazy amoniak i chlorowodór reagują, tworząc sól chlorek amonu.

Oprócz wody inne wystarczająco polarne rozpuszczalniki mogą również działać jako reagenty w reakcjach kwasowo-zasadowych. Dobrym przykładem jest autoprotoliza ciekłego amoniaku:

Przykłady kwasów

Ważnymi kwasami są:

• Kwas siarkowy:H₂ SO₄ (zastosowanie przemysłowe, kwaśne deszcze)
• Kwas solny:HCl (zastosowanie przemysłowe)
• Kwas fosforowy:H₃ PO₄ (Przemysł spożywczy, w tym cola, materiał genetyczny)
• Kwas węglowy:H₂ CO₃ (przemysł spożywczy, technologia, atmosfera)
• Kwas octowy:CH₃ COOH (przemysł spożywczy)
• Kwas fluorowodorowy:HF (produkcja chipów komputerowych)
• Kwas azotowy:HNO₃ (zastosowanie przemysłowe)

Sole kwasów wielozasadowych mogą również działać jako kwasy („sole kwaśne”), na przykład

• Wodorosiarczany
• Wodorofosforany

Referencje

Historyczny rozwój kwasów:

• Claus Priesner, Karin Figala:Alchemia:encyklopedia nauki hermetycznej. Beck, Monachium 1998, ISBN 3406441068
• V. Karpenko, J.A. Norris:Witriol w historii chemii. Chem. Listy, t. 96, 2002, s. 997-1005 [2]
• Darczyńcy w Britannicy

• Lista kwasów
• podstawy
• Koncepcje kwasowo-zasadowe